增强子的特点及其作用机制

? 利用 ATP的染色质重建因子除了促进 DN A结合因子与增强子之间的相互作用外 ,还
能促进结合在增强子上的复合物沿染色质模板的追踪作用这是因为它们能引起特定核 小体位置的改变(滑动)，或核小体三维结构的改变，或二者兼有，它们都能改变染色 质对核酶的敏感性。
?局限性
? 如果是滑动模型，会消耗很多能量，效率是低的。在进化中会受到选择的压力。
? 无物种和基因的特异性
? 可以连接到异源基因上发挥 作用
? 携带人类HARE5 增强子的小鼠 大脑发育出只有人类大脑才有 的褶皱，并且比携带有黑猩猩 HARE5 增强子的小鼠胚胎形成 的大脑大12% ，通过这一研究， 很可能发现“人之所以为人” 的秘密。
? 有的增强子可以对外部信号产生反应
? 如热休克基因在高温下才表达， ? 金属硫蛋白基因在镉和锌的存在下才表达， ? 某些增强子可以被固醇类激素所激活。
增强子的特点和作用机制
2018 年10月 25日
增强子的概念
指能够使基因转录频率明显增加的 DNA序列，增强子主要存在于真核生物基 因组中。
? 增强子的远距离效应
一般位于上游-200bp处，但可增强远处启动子的转录，即使相距>10kb也能 发挥作用。 最极端的例子是小鼠sonic hedgehog(shh) 基因中的肢体芽增强子，与启动子 相距1Mb以上。 尽管在DNA序列上，增强子距离靶基因有很远的核苷酸距离，但是在染色质三 维空间结构上，它们距离启动子与靶基因却很近。
HS4
HS2
HS5
HS1
γ -珠蛋白基因的转录
HS3
HS4
HS2
HS5
HS1
在任何时间，只有一个基因可以与全复合体相互作用 H 与每一个核酶敏感位点结合的蛋白复合物(HS 1-5) 有 C 助于形成一个包含基因激活位点的全复合物
启动子或HS 结合复合物
RNA 聚合 酶
? 为了克服由于结合过程中 DN A弯曲和缠绕造成的能量损失 ,一般需要一种称 为
?一连串的蛋白质复合物沿着启动子上的染色质纤维延伸然后介导基因激活
E
P
linking
E
P
Hs5 Hs4 Hs3 Hs2靶基因的上游、下游或者 内部都可以发挥增强转录的作用
? 如 T细胞受体 α链基因的增强子位于 启动子下游 69kb以 外 ,而果蝇 cut基 因座翅缘增强子位于其启动子上游 85kb以外
? 具有组织特异性
? 即在不同种属细 ?胞有相中位性，其增强转录
其作用和DNA的构象有关
增强子成环作用的证据
?有研究认为，染色质柔韧性
是决定成环与否的主要特征， 而其主要受到组蛋白乙酰化 以及其他修饰的调节，因此， 组蛋白修饰状态决定了增强 子与其调控基因相互作用的 可能性。
成环机制在DNA持久长度大于150bp或者50nm时很容易自发形成，并且只需要 较小的能量，但是当长度小于该值时，DNA近乎呈刚直状态，欲使其弯曲需要很大的 能量。
增强子的作用机制
在哺乳动物基因组中包含大约30000个基因，然而却存在有数十万个增强子，说明每一 个细胞类型每一个基因平均约有4个增强子起作用。不同的增强子可能作用于一个或多个靶启 动子。
近年来增强子的研究虽然取得了很大的进展, 实验证明增强子所引起的稳定转录产物的增 加是由于转录起始增强所致。也已证明增强子是与细胞因子结合而起作用的, 与对核酸酶敏感 的染色质结构的形成有关。但增强子的详细作用机理仍然不是很清楚。因此对增强子的作用 机制提出了多种预测和假说。
生物化学兼容性
?增强子E2与目标启动子 (P)兼容，
但E1不兼容，解释了 E2与p的 选择作用。
?下游启动子元件是决定与某些
增强子相容的关键因素。
?但值得注意的是，增强子表现
为对某些启动子的偏好，而不 是绝对不相容
?例如双胸复合体的 IAB5增强子，
空间结构的选择相互作用
?虽然E2和E3在生物化学上都
增强子的作用机制模型
成环模型(Looping model)
DNA折叠成环，与增强子结合的蛋白质因子与启动子邻近区域结合 的蛋白质相遇而相互作用，同时向启动子区弯曲靠拢，从而起转录增强 作用。这一模型已得到普遍的认可。
E
P
Looping
E
P
对于 珠蛋白基因簇的介绍
β-珠蛋白基因的转录 HS3
“构筑蛋白”的转录调控蛋白参与作用。 如 LEF-1和 MHG I,它们是 HMG蛋白（高 迁移率族蛋白）家族中 两类序列特异性的 DNA弯曲蛋白 ( DNA bending protein)。 它们能与 DNA小沟结合 , 使 DNA发生一定角度的弯曲 ,以促进 ATF 、Ets-1等因子与 增强子上相应识别位点结合。如果各激活子之间的相互作用足以提供 DNA变形所需的 能量 ,“构筑蛋白”就不需参与形成增强体。
异化追踪模型（Facilitated tracking model）
? 是滑动模型和成环模型的结合，特异的转录激活蛋白首先与增强子结合，之后通过成
环作用再与接近启动子的上游DNA结合，然后这些转录调控因子在染色体纤维上通过 短距离移动确认目标启动子，进而激活转录。
链接模型（Linking model）
与启动子兼容，但空间结构 决定了只有 E2与启动子相互 作用
绝缘
? 虽然E2与启动子兼容，但它们的相互作
用被绝缘体阻断，可能是由于3D结构的 改变或绝缘体充当诱饵
染色质环境
? P选择性接触E1，因为E2与p的相容性被
染色质环境改变。
滑动模型(tracking model)
转录因子与增强子结合，并沿着DNA向下 滑动至启动子，在启动子中促进普通转录 因子和聚合酶的结合
? 增强子必须与特定的蛋白质因子结合后 才能发挥增强转录的作用
? 增强子一般具有组织或细胞特异性，许多增强子只在某些细胞或组织中表现 活性，是由这些细胞或组织中具有的特异性蛋白质因子所决定的。例如，人 类胰岛素基因5'端上游约 250个核苷酸处有一组织特异性增强子。在胰岛 素p细胞中有一种特异性蛋白因子，可以作用于这个区域，以增强胰岛素基 因的转录。在其他组织细胞中没有这种蛋白因子，所以也就没有此作用。这 就是为什么胰岛素基因只有在胰岛素p细胞中才能很好表达的重要原因。